CN103451891A - 振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，在滚筒洗衣机的外桶外缘最前部或最后部设置一个振动传感器，利用所测得的2个方向的振动相互之间的振幅及相位关系，判断外桶的振动状态，在原有偏心负载检测方法测试转速变化量或偏心重量的同时测试振动值，根据外桶的振动状态，判断偏心负载在滚筒内的分布状态，并对偏心负载预设值进行调整，克服了原有偏心检测方法不能检测动态偏心的弱点，增加了动态偏心的检测和保护，提高偏心负载的检测精度，减小脱水时产生的振动及噪声，提高滚筒洗衣机的产品档次。

Description

振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法

技术领域

本发明涉及一种滚筒洗衣机，尤其是涉及一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法。

背景技术

滚筒洗衣机因为其旋转轴是水平的或接近水平的，在进入脱水程序前衣物总是在重力作用下主要分布在滚筒的下半部。脱水程序开始后，洗衣机滚筒开始转动，衣物逐渐贴在筒壁上。然而衣物贴在筒壁上的分布状态具有很大的随机性，很难做到均匀分布。衣物的分布不均匀，以及脱水时滚筒的高速旋转，会使滚筒受到不均衡离心力作用，这些离心力可以引起整机的剧烈振动。整机的这种振动不仅产生很大的噪音，而且对滚筒洗衣机的机械与电器部件寿命产生较大影响，在这一背景下几乎所有的滚筒洗衣机都带有偏心负载（不均匀分布的衣物）检测程序。偏心负载检测程序在滚筒洗衣机脱水开始时检测偏心负载的大小，当检测到偏心负载大于某一偏心负载预设值时，滚筒洗衣机将对衣物进行重分布，直到检测到的偏心负载小于预设值后才进入高速脱水，这样能有效地保护洗衣机高速脱水时不会因偏心负载过大而受到损坏。

由于偏心负载的存在，滚筒洗衣机的滚筒转动时，其在一周内的势能是变化的，而势能的变化会转化为动能的变化，即滚筒转速的变化。目前滚筒洗衣机偏心负载检测方法基本都是利用这一点，把滚筒加速到某一个或依次若干个转速点，分别检测其转速变化量，然后和转速变化量预设值作比较，小于该预设值就进入脱水，大于该预设值就对衣物进行重新分布，直到检测到的转速变化量小于该预设值，然后进入高速脱水。同样，偏心负载的判断可以将转速变化量转换为偏心重量来进行。另外，由于被洗涤衣物量的多少会影响转速变化量的大小，有些滚筒洗衣机还检测衣物多少来补偿计算偏心负载的重量。

上述的检测方法在结构上不增加任何零部件，只需要用软件控制。但是，由于检测原理决定了其只能检测静态不平衡，即在与滚筒转动轴垂直的二维平面内的偏心状态，而对于偏心负载在三维空间内的分布状态，即在滚筒内前后的分布状态是无法检测的。

近年来，振动传感器（包括位移传感器和加速度传感器）开始在滚筒洗衣机上得到应用。振动传感器一般安装在外桶上，它能直观的反应外桶的振幅大小，并且还能在较高转速下实现检测（转速变化量检测偏心负载只能在较低转速实现），并根据振动振幅的大小直接判断是否能进入高速脱水或是否继续脱水。

滚筒洗衣机采用振动传感器检测偏心负载，其一般安装在外桶上。由于偏心负载在滚筒内的不同位置，外桶上不同位置的振幅是不同的，有时外桶前部（接近门封处）振幅大一点，有时会后部振幅大一点。要正确反映外桶的振动状态，往往需要在外桶前部和后部各安装1只振动传感器5，如图1所示。目前使用的振动传感器5一般都是二维或三维的，可以测试2个或3个方向的振幅，同时，由于低速（低于共振点相对应的转速）振动时消耗的是弹性力，中速（共振点附近）振动时消耗的是阻尼力，高速（高于共振点相对应的转速）振动时消耗的是惯性力。弹性力、阻尼力与机械结构，如门封4、吊簧6、减振器2等零部件（如图1所示）有很大关系，所以，中、低转速时，外桶3振动的振幅大小受机械结构的影响很大，外桶3振幅大小并不能正确反映滚筒内偏心负载的大小，例如，同样大小的偏心分布在滚筒前部（接近门封4）比分布在滚筒后部振幅要小许多，所以，目前滚筒洗衣机采用振动传感器检测偏心负载的方法并不能准确的判断偏心负载的大小和状态，也不能代替用转速变化量等检测偏心负载的方法，目前振动传感器主要用于当超常振动发生时及时终止脱水，不让这种损害继续下去。

发明内容

本申请人针对上述的问题，进行了研究改进，提供一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，在原有偏心负载检测方法测试转速变化量或偏心重量的同时测试振动值，根据外桶的振动状态，判断偏心负载在滚筒内的分布状态，并对偏心负载预设值进行调整，提高偏心负载的检测精度，减小脱水时产生的振动及噪声，提高滚筒洗衣机的产品档次。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，设置若干个滚筒转速检测点检测偏心负载，与偏心负载预设值作比较，小于该预设值进入脱水，大于该预设值就对衣物进行重新分布，直到检测到偏心负载小于该预设值，进入脱水；

在滚筒洗衣机的外桶外缘最前部或最后部设置一个振动传感器，振动传感器为二维传感器；

本方法还包括如下步骤：

第一步骤，滚筒以40—50转/分的转速转动，抖散衣物；

第二步骤，在偏心负载检测的滚筒转速检测点下通过所述振动传感器采集Y轴方向和Z轴方向的位移值y_i和z_i；

第三步骤，计算Y轴方向和Z轴方向位移值的标量和z_i+y_i；

第四步骤，计算Y轴方向上的振幅Y、Z轴方向上的振幅Z及标量和的振幅Z+Y；

第五步骤，判断前后方向是否有振动，即是否Y<Y_s；如果是，就说明基本无扭动，偏心负载基本分布在滚筒中部，无需对偏心负载预设值P_s进行任何调整，进入第九步骤；如果否，说明存在扭动，需进一步判断，进入下一步骤；

第六步骤，判断Y轴方向与Z轴方向位移的相位是否相同，即判断是否符合：Z+Y≈Z-Y或Z+Y≈Z+Y，因为实测数据并不像理论数据那样准确，所以这里只判断Z+Y是否大于Z和Y中的较大值，即是否Z+Y>max(Z，Y)；如果是，就说明基本同相位，属于摆尾，偏心负载基本分布在滚筒后部，对偏心负载预设值P_s进行放大调整，进入第九步骤；如果否，需进一步判断，进入下一步骤；

第七步骤，判断平动振动是否大于扭动振动，也就是看上下振动Z是否大于前后振动Y除以径长比a，即是否Z>Y/a；如果是，就说明基本属于摇头，偏心负载基本分布在滚筒前部，对偏心负载预设值P_s进行减小调整，进入第九步骤；如果否，说明是动态偏心，需进一步判断其大小，进入下一步骤；

第八步骤，判断动态偏心是否过大，也就是看上下方向的振幅Z是否大于预设值Z_s，即是否Z<Z_s；如果否，说明动态偏心过大，需要加以限制，返回第一步骤；如果是，说明动态偏心较小，无需限制，也无需对预设值P_s进行任何调整，进入下一步骤；

第九步骤，判断偏心负载P是否大于偏心负载预设值P_s，即是否P>P_s，来自第四、第五步骤，按调整后的偏心负载预设值P_s判断，否则按未调整的偏心负载预设值P_s判断；如果是，返回第一步骤；如果否，进入下一步骤；

第十步骤，进入正常脱水。

其中：所述振动传感器的坐标方向，Z轴的正方向为轴心与振动传感器安装点的连线由轴心向外（向上），Y轴的正方向为沿转轴轴线由后向前；

y_i为Y轴方向上的位移，y₁，y₂……y_n ；（n>10，单位：毫米）

z_i 为Z轴方向上的位移，z₁，z₂……z_n ；（n>10，单位：毫米）

z_i+y_i为计算2个位移的标量和， z₁+ y₁，z₂+ y₂……z_n+ y_n；（n>10，单位：毫米）

Y为Y轴方向上的振幅：Y=y_max - y_min；（单位：毫米）

Z为Z轴方向上的振幅：Z=z_max - z_min；（单位：毫米）

Z+Y为标量和的振幅： Z+Y=(z+y) _max - (z+y) _min；（单位：毫米）

Y_s为Y轴方向上的振幅预设值；（单位：毫米）

Z_s为Z轴方向上的振幅预设值；（单位：毫米）

P为偏心负载，偏心负载P可以是原有的偏心负载检测方法检测到的速度变化量或偏心重量；

P_s为偏心负载预设值；

a为径长比，振动传感器安装点到轴心的距离为半径R，振动传感器安装点到悬挂点的距离为长度L， a=R/L。  

振动传感器为位移传感器或加速度传感器。

本发明采用1个二维振动传感器，利用2个方向的振幅和相位的相对关系，按照滚筒洗衣机外桶振动的几何关系，分析判断外桶的振动形式，包括平动和扭动。利用这些判断可以实现：

1）用1个传感器代替2个传感器，同时判断外桶前部和后部的振幅大小。

2）判断外桶振动形式，本发明把振动形式分为3种：(1)摇头（前部振幅大于后部）(2)摆尾（后部振幅大于前部），(3)纯扭动（前部振动和后部振动振幅接近，但方向相反）。

3）根据外桶的振动状态，判断偏心负载在滚筒内的分布状态。本发明把偏心负载在滚筒内的分布状态分为3种，(1)偏心负载主要分布在滚筒前部（如图2所示），(2) 偏心负载主要分布在滚筒后部（如图2所示），(3)有2个偏心负载，一个主要分布在滚筒前部，另一个主要分布在滚筒后部，且在圆周上处于相反的位置（如图3所示），为了描述方便，我们把偏心负载的这一分布状态称为动态偏心。

4）对现有的偏心负载检测方法进行改进。根据偏心负载的分布状态，调整现有偏心负载检测方法的预设值，偏心负载主要分布在滚筒前部时适当减小预设值，偏心负载主要分布在滚筒后部适当加大预设值。

5）检测动态偏心。增加振动振幅预设值，当偏心负载分布状态为动态偏心时，由于原有偏心负载检测方法不能检测动态偏心，这时就直接将测到的振幅与振幅预设值比较，小于该值就进入脱水，大于该值就对衣物进行重分布。

本发明的振动传感器（可以是位移传感器或加速度传感器）采用二维传感器，安装位置可以在外桶外缘最靠前部或最靠后部，圆周一圈都可以，2个坐标方向为：轴心与传感器安装点的连线由轴心向外为Z轴方向，沿转轴轴线由后向前为Y轴方向。本发明的实施例把振动传感器安装在外桶前上部，振动传感器的坐标方向，Z正方向为向上，Y正方向为向前（如图4所示）。

滚筒洗衣机工作时，外桶的实际振动是三维的。除了和传感器测量的Z（本例为上下）、Y（本例为前后）一致的2个方向外，还有X（本例为左右）方向的振动。然而，X方向的振幅大小和Z方向的振幅大小具有一定的关联。高速振动时，X方向和Z方向的振幅基本一样大，即在XZ平面内观察外桶的某一点，其振动轨迹基本是一个圆。低速、中速振动时，由于X方向和Z方向的共振点不同，阻尼力不同，2个方向的最大振幅并不出现在同一转速，最大振幅的数值也不一样大小。在XZ平面内观察外桶的某一点，其振动轨迹基本是一个椭圆。在任意一个转速下，这一椭圆轨迹的长短轴比例是基本不变的。因此，本发明采用了二维传感器。为了方便描述，只分析Z、Y方向的振动。

如图5的测试结果表示的是外桶只有平动振动，没有扭动振动，即外桶前部和后部振幅相同，方向也相同。这时振动传感器只有Z方向的振幅，Y方向的振幅接近零。出现这一振动状态表明，在滚筒内的衣物存在一个偏心负载，其主要分布在滚筒中部略偏前的位置。

如图6的测试结果表示的是外桶既有平动振动，也有扭动振动，外桶前部的振幅大于外桶后部的振幅，且振动方向相同（摇头）。这时振动传感器既有Z方向的振幅，又有Y方向的振幅。当振动传感器向Z的正方向运动的同时也向Y的负方向运动（如图6a所示），也就是说z位移和y位移是反相的。定义振动传感器安装点到轴心的距离为半径R，振动传感器安装点到悬挂点的距离为长度L，径长比为a=R/L。摇头时一般满足z>y/a，z+y≈│z│-│y│（如图6b所示），出现摇头这一振动状态表明，在滚筒内的衣物存在一个偏心负载，其主要分布在滚筒前部。

如图7的测试结果表示的是外桶既有平动振动，也有扭动振动，外桶前部的振幅小于外桶后部的振幅，且振动方向相同（摆尾）。这时传感器既有Z方向的振幅，又有Y方向的振幅。当传感器向Z的正方向运动的同时Y也向正方向运动（如图7a所示），也就是说z位移和y位移是同相的，摆尾时一般满足z+y≈│z│+│y│（如图7b所示）。出现摆尾这一振动状态表明，在滚筒内的衣物存在一个偏心负载，其主要分布在滚筒后部。

如图8的测试结果表示的是纯扭动振动，外桶前部的振幅和外桶后部的振幅几乎一样大，且振动方向相反。这时传感器既有Z方向的振幅，又有Y方向的振幅。当传感器向Z的正方向运动的同时Y向负方向运动（如图8a所示），也就是说z位移和y位移是反相的，纯扭动时一般满足z<y/a，z+y≈│z│+│y│（如图8b所示）。出现纯扭动这一振动状态表明，在滚筒内的衣物存在2个偏心负载，一个主要分布在滚筒前部，另一个主要分布在滚筒后部，且在圆周上处于相反的位置，也就是动态偏心。

本发明并非对原有的偏心负载检测方法的替代，而是对原有方法的完善和补充，克服了原有方法不能检测动态偏心的弱点，在原有偏心负载检测方法测试转速变化量或偏心重量的同时测试振动值，增加用于限制动态偏心的振幅预设值，并且区分了偏心负载在滚筒内分布的前后位置，根据偏心位置不同对原有方法的偏心负载预设值进行调整。

原有偏心负载检测方法不是本发明的内容，在实施步骤里不作详细说明。原有偏心负载检测方法无论是检测速度变化量还是检测偏心重量，都会去和预设值比较。根据本发明的方法得到的不同偏心分布状态去适当调整该预设值。只有当出现动态偏心时，由于原有偏心检测方法不能检测到动态偏心负载的存在，才按预设值Z_s判断是否进入脱水。

本发明的技术效果在于： 

本发明公开的一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，采用1个二维振动传感器，利用所测得的2个方向的振动相互之间的振幅及相位关系，判断外桶的振动状态，在原有偏心负载检测方法测试转速变化量或偏心重量的同时测试振动值，根据外桶的振动状态，判断偏心负载在滚筒内的分布状态，并对偏心负载预设值进行调整，克服了原有偏心检测方法不能检测动态偏心的弱点，增加了动态偏心的检测和保护，提高偏心负载的检测精度，减小脱水时产生的振动及噪声，提高滚筒洗衣机的产品档次。

附图说明

图1：现有滚筒洗衣机结构及振动传感器安装位置示意图。

图2：偏心在滚筒前后分布示意图，（a）滚筒的主视图，（b）滚筒的左视图。

图3：动态偏心分布示意图。

图4：本发明中振动传感器安装位置及方向示意图。

图5：平动振动的位移示意图，实线表示原始位置，虚线表示外桶在振动最上方极限位置。

图6：(a)摇头振动的位移示意图，实线表示原始位置，虚线表示外桶在振动最上方极限位置；(b) 摇头振动的相应的位移-时间曲线。

图7：(a)摆尾振动的位移示意图，实线表示原始位置，虚线表示外桶在振动最上方极限位置；(b) 摆尾振动的相应的位移-时间曲线。

图8：(a)扭动振动的位移示意图，实线表示原始位置，虚线表示传感器在振动最上方极限位置；(b) 扭动振动的相应的位移-时间曲线。

图9：本发明实施例的逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

如图4所示，外桶3通过吊簧6安装在箱体1中，外桶3的下部连接减振器2，门封4连接在外桶3的前端，滚筒（未在图中画出）可转动安装在外桶3内，振动传感器5安装在外桶3外缘最前部，振动传感器5的坐标方向，Z正方向为向上，Y正方向为向前。

Y轴方向上的振幅预设值为：          Y_s=0.5毫米；

Z轴方向上的振幅预设值为：          Z_s=1.4毫米；

外桶的径长比：          a=1.2；

在本实施例中，偏心负载检测方法检测的是偏心重量P；

偏心重量P的预设值为：          P_s=0.6公斤；

偏心重量P的放大调整值为：      P_s=0.8公斤；

偏心重量P的减小调整值为：      P_s=0.45公斤；

如图9所示，具体实施步骤为：

第一步骤A1，滚筒以45转/分的转速正反转，抖散衣物。

第二步骤A2，在偏心负载检测的滚筒转速检测点下通过动传感器采集Y轴方向和Z轴方向的位移值y_i和z_i，采集位移数据每周期（每转）不少于10个。

第三步骤A3，计算Y轴方向和Z轴方向位移值的标量和z_i+y_i。

第四步骤A4，计算Y轴方向上的振幅Y、Z轴方向上的振幅Z及标量和的振幅Z+Y。

第五步骤A5，判断前后方向是否无振动，即是否Y<0.5；如果是，P_s=0.6，进入第九步骤A9；如果否，进入下一步骤。

第六步骤A6，判断位移值标量和的振幅Z+Y是否大于2个振幅Z、Y中的任意一个，即是否Z+Y>max(Z，Y)；如果是，P_s=0.8（放大调整），进入第九步骤A9；如果否，进入下一步骤。

第七步骤A7，判断上下方向的振幅Z是否大于前后方向的振幅Y除以外桶径长比a，即是否Z>Y/1.2；如果是，P_s=0.45（减小调整），进入第九步骤A9；如果否，进入下一步骤。

第八步骤A8，判断上下方向的振幅Z是否小于预设值Z_s，即是否Z<1.4；如果否，返回第一步骤A1；如果是，P_s=0.6，进入下一步骤。

第九步骤A9，判断偏心负载重量P是否大于预设值P_s，即是否P>P_s；如果是，返回第一步骤A1；如果否，进入下一步骤。

第十步骤A10，进入正常脱水。

Claims (2)

1.一种振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，设置若干个滚筒转速检测点检测偏心负载，与偏心负载预设值作比较，小于该预设值进入脱水，大于该预设值就对衣物进行重新分布，直到检测到偏心负载小于该预设值，进入脱水，其特征在于：在滚筒洗衣机的外桶外缘最前部或最后部设置一个振动传感器，所述振动传感器为二维传感器；

本方法还包括如下步骤：

第一步骤，滚筒以40—50转/分的转速转动，抖散衣物；

第二步骤，在偏心负载检测的滚筒转速检测点下通过所述振动传感器采集Y轴方向和Z轴方向的位移值y_i和z_i；

第三步骤，计算Y轴方向和Z轴方向位移值的标量和z_i+y_i；

第四步骤，计算Y轴方向上的振幅Y、Z轴方向上的振幅Z及标量和的振幅Z+Y；

第五步骤，判断前后方向是否有振动，即是否Y<Y_s；如果是，无需对偏心负载预设值P_s进行任何调整，进入第九步骤；如果否，进入下一步骤；

第六步骤，判断Y轴方向与Z轴方向位移的相位是否相同，即是否Z+Y>max(Z，Y)；如果是，偏心负载基本分布在滚筒后部，对偏心负载预设值P_s进行放大调整，进入第九步骤；如果否，进入下一步骤；

第七步骤，判断平动振动是否大于扭动振动，即是否Z>Y/a；如果是，偏心负载基本分布在滚筒前部，对偏心负载预设值P_s进行减小调整，进入第九步骤；如果否，说明是动态偏心，进入下一步骤；

第八步骤，判断动态偏心是否过大，即是否Z<Z_s；如果否，说明动态偏心过大，需要加以限制，返回第一步骤；如果是，说明动态偏心较小，无需限制，也无需对预设值P_s进行任何调整，进入下一步骤；

第九步骤，判断偏心负载P是否大于偏心负载预设值P_s，即是否P>P_s；如果是，返回第一步骤；如果否，进入下一步骤；

第十步骤，进入正常脱水；

其中：所述振动传感器的坐标方向，Z轴的正方向为轴心与振动传感器安装点的连线由轴心向外，Y轴的正方向为沿转轴轴线由后向前； 

y_i为Y轴方向上的位移，y₁，y₂……y_n ； 

z_i 为Z轴方向上的位移，z₁，z₂……z_n ；

z_i+y_i为计算2个位移的标量和， z₁+ y₁，z₂+ y₂……z_n+ y_n；

Y为Y轴方向上的振幅：Y=y_max - y_min；

Z为Z轴方向上的振幅：Z=z_max - z_min；

Z+Y为标量和的振幅： Z+Y=(z+y) _max - (z+y) _min

Y_s为Y轴方向上的振幅预设值；

Z_s为Z轴方向上的振幅预设值；

P为偏心负载；

P_s为偏心负载预设值；

a为径长比，振动传感器安装点到轴心的距离为半径R，振动传感器安装点到悬挂点的距离为长度L， a=R/L。

2. 按照权利要求1所述的振动传感器检测滚筒洗衣机偏心负载的方法，其特征在于：所述振动传感器为位移传感器或加速度传感器。

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